JP7155364B2 - Gas-liquid separator for fuel cells - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池用の気液分離器に関する。 The present invention relates to a gas-liquid separator for fuel cells.

特開2007-87718号公報は、燃料電池のオフガスから水を分離する分離部と、分離部によって水が分離されたオフガスを分離部から外部に排出するガス排出部と、を有する、燃料電池用気液分離器を開示している。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-87718 discloses a fuel cell fuel cell having a separation unit that separates water from an off-gas of a fuel cell, and a gas discharge unit that discharges the off-gas from which water is separated by the separation unit to the outside from the separation unit. A gas-liquid separator is disclosed.

しかし、上記公報開示の燃料電池用気液分離器には、つぎの問題点がある。
分離部の内面のうち、ガス排出部より上方にある側面部分に、分離された水がある場合、その水が自重で下方に流れると、ガス排出部を通るガス流れにより持ち去られて、ガス排出部から外部に流出してしまうおそれがある。そのため、気液分離器による気液分離性能を向上する点において改善の余地がある。
However, the fuel cell gas-liquid separator disclosed in the above publication has the following problems.
When separated water is present on the side surface portion above the gas discharge portion of the inner surface of the separation portion, when the water flows downward under its own weight, it is carried away by the gas flow passing through the gas discharge portion, and the gas is discharged. There is a risk that it may leak out from the part. Therefore, there is room for improvement in improving the gas-liquid separation performance of the gas-liquid separator.

特開2007-87718号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-87718

本発明の目的は、従来に比べて気液分離性能を向上できる燃料電池用気液分離器を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a gas-liquid separator for a fuel cell that can improve the gas-liquid separation performance compared to the conventional one.

上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
(1) 燃料電池のオフガスから液体を分離する気液分離器であって、
前記オフガスから液体を分離する分離部と、
前記分離部に前記オフガスを導入するオフガス導入部と、
前記分離部によって液体が分離されたオフガスを該分離部から気液分離器の外部に排出するガス排出部と、
前記分離部より下方に設けられており、前記分離部によって分離された液体が流れ込むとともに気液分離器の外部に排出される排液部と、
を有し、
前記分離部は、前記ガス排出部より上方の位置に、前記オフガス導入部の対向位置に設けられ該オフガス導入部から導入された前記オフガスが直接衝突する衝突部を有しており、
前記衝突部より下方で前記ガス排出部より上方の位置に、前記衝突部によって分離された液体が自重で下方に流れて前記ガス排出部に流入することを抑制する傘部が設けられている、
燃料電池用気液分離器。
(2) 前記傘部は、前記分離部の内面から該分離部内に突出して設けられている、(1)記載の燃料電池用気液分離器。
(3) 前記分離部の内面には、前記ガス排出部の上方にある部分を除いた側面部分の少なくとも一部に、上下方向に延びる溝が複数設けられている、(1)または(2)記載の燃料電池用気液分離器。
(4) 前記溝のうち、前記ガス排出部に最も近い位置に設けられる第1溝と、該第1溝の隣に設けられる第2溝との間隔は、その他の隣り合う2つの溝同士の間隔よりも小とされている、(3)記載の燃料電池用気液分離器。
The present invention for achieving the above object is as follows.
(1) A gas-liquid separator for separating a liquid from a fuel cell off-gas,
a separation unit that separates a liquid from the off-gas;
an offgas introduction section that introduces the offgas into the separation section;
a gas discharge unit for discharging the off-gas, the liquid of which is separated by the separation unit, from the separation unit to the outside of the gas-liquid separator;
a liquid drain section provided below the separation section into which the liquid separated by the separation section flows and is discharged to the outside of the gas-liquid separator;
has
The separation section has a collision section provided at a position above the gas discharge section and at a position opposite to the offgas introduction section, where the offgas introduced from the offgas introduction section directly collides,
A head portion is provided at a position below the collision portion and above the gas discharge portion to prevent the liquid separated by the collision portion from flowing downward under its own weight and flowing into the gas discharge portion.
Gas-liquid separator for fuel cells.
(2) The gas-liquid separator for a fuel cell according to (1), wherein the head portion protrudes into the separating portion from the inner surface of the separating portion.
(3) A plurality of vertically extending grooves are provided in at least a portion of the inner surface of the separating portion excluding the portion above the gas discharging portion, (1) or (2). Gas-liquid separator for fuel cells as described.
(4) Among the grooves, the distance between the first groove provided closest to the gas discharge portion and the second groove provided next to the first groove is the distance between the other two adjacent grooves. The gas-liquid separator for a fuel cell according to (3), which is smaller than the interval.

上記(1)の燃料電池用気液分離器によれば、つぎの効果を得ることができる。
傘部が設けられているため、分離部の衝突部で分離された液体が自重で下方に流れてガス排出部に流入することを抑制できる。そのため、傘部が設けられていない場合に比べて、分離部で分離された液体がガス排出部に流れ込んでしまうことを抑制でき、気液分離器による気液分離性能を高めることができる。
According to the fuel cell gas-liquid separator (1), the following effects can be obtained.
Since the umbrella portion is provided, it is possible to prevent the liquid separated at the collision portion of the separation portion from flowing downward under its own weight and flowing into the gas discharge portion. Therefore, it is possible to suppress the liquid separated by the separation section from flowing into the gas discharge section, and to improve the gas-liquid separation performance of the gas-liquid separator, compared to the case where the umbrella section is not provided.

上記(2)の燃料電池用気液分離器によれば、つぎの効果を得ることができる。
傘部が分離部の内面から分離部内に突出して設けられているため、簡易な構成で傘部を設けることができ、コスト上有利である。
According to the fuel cell gas-liquid separator of (2) above, the following effects can be obtained.
Since the head portion protrudes into the separation portion from the inner surface of the separation portion, the head portion can be provided with a simple structure, which is advantageous in terms of cost.

上記(3)の燃料電池用気液分離器によれば、つぎの効果を得ることができる。
分離部で分離された液体は溝に沿って流れる。そのため、溝が設けられていない場合に比べて、分離部の内面についている液体を効率よく排液部に導くことができる。よって、分離部で分離された液体がガス流れによって再飛散してガス排出部に流れ込んでしまうことを抑制できる。
According to the fuel cell gas-liquid separator of (3) above, the following effects can be obtained.
The liquid separated by the separating section flows along the groove. Therefore, the liquid adhering to the inner surface of the separating section can be efficiently guided to the liquid draining section as compared with the case where the groove is not provided. Therefore, it is possible to prevent the liquid separated by the separation section from re-scattering due to the gas flow and flowing into the gas discharge section.

上記(4)の燃料電池用気液分離器によれば、つぎの効果を得ることができる。
第1溝と第2溝との間隔がその他の隣り合う2つの溝同士の間隔よりも小とされているため、第1溝と第2溝との間隔がその他の隣り合う2つの溝同士の間隔と同じである場合に比べて、第1溝をガス排出部から離して設けることができる。よって、第1溝に沿って流れる液体をガス排出部から離して流すことができ、第1溝に沿って流れる液体がガス排出部に流入してしまうことを抑制できる。
According to the fuel cell gas-liquid separator of (4) above, the following effects can be obtained.
Since the interval between the first groove and the second groove is smaller than the interval between the other two adjacent grooves, the interval between the first groove and the second groove is the interval between the other two adjacent grooves. The first groove can be provided farther from the gas outlet than if it were the same as the spacing. Therefore, the liquid flowing along the first groove can be flowed away from the gas discharge portion, and the liquid flowing along the first groove can be prevented from flowing into the gas discharge portion.

本発明実施例の燃料電池用気液分離器の模式断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a gas-liquid separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention; FIG. 本発明実施例の燃料電池用気液分離器の、斜め上から見たときの分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of a gas-liquid separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, viewed obliquely from above; FIG. 本発明実施例の燃料電池用気液分離器の、斜め下から見たときの分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of a gas-liquid separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, viewed obliquely from below; FIG. 本発明実施例の燃料電池用気液分離器における、アッパ部材とストレーナのみの、下方から見たときの斜視図である。1 is a perspective view of only an upper member and a strainer in a gas-liquid separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, viewed from below; FIG. 本発明実施例の燃料電池用気液分離器における、アッパ部材とストレーナのみの、断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing only the upper member and the strainer in the fuel cell gas-liquid separator of the embodiment of the present invention; 図5のB-B線部分拡大断面図である。FIG. 6 is a partial enlarged cross-sectional view taken along line BB of FIG. 5; 本発明実施例の燃料電池用気液分離器が設けられる燃料電池システムの系統図である。1 is a system diagram of a fuel cell system provided with a gas-liquid separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention; FIG. 本発明実施例の燃料電池用気液分離器が設けられる燃料電池システムの、入側の酸化ガス配管に加湿器が設けられる場合の、系統図である。1 is a system diagram of a fuel cell system provided with a gas-liquid separator for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, in which a humidifier is provided in an inlet-side oxidant gas pipe; FIG.

以下に、図面を参照して、本発明実施例の燃料電池用気液分離器(以下、単に気液分離器ともいう)10を説明する。なお、図中UPは上方を示す。 A fuel cell gas-liquid separator (hereinafter also simply referred to as a gas-liquid separator) 10 of an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that UP in the figure indicates upward.

気液分離器10は、たとえば、燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に搭載されていてもよい。燃料電池は、たとえば固体高分子電解質型燃料電池である。 The gas-liquid separator 10 is mounted, for example, on a fuel cell vehicle. However, it may be installed in a vehicle other than an automobile. The fuel cell is, for example, a solid polymer electrolyte fuel cell.

固体高分子型燃料電池は、膜―電極アッセンブリ(MEA:Membrane-Electrode Assembly)とセパレータとの積層体からなる。膜―電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜と、該電解質膜の一面に配置された触媒層を有する電極(アノード、燃料極)および電解質膜の他面に配置された触媒層を有する電極(カソード、空気極)からなる。セパレータには、アノードに燃料ガス(水素)を供給するための燃料ガス流路が形成され、カソードには酸化ガス(酸素、通常は空気)を供給するための酸化ガス流路が形成されている。膜-電極アッセンブリとセパレータを重ねてセルを構成し、少なくとも1つのセルからモジュールを構成し、モジュールを積層してセル積層体とし、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材(たとえば、テンションプレート)、ボルト・ナットにて固定して、スタック100を構成する。 A polymer electrolyte fuel cell consists of a laminate of a membrane-electrode assembly (MEA) and a separator. The membrane-electrode assembly includes an electrolyte membrane made of an ion-exchange membrane, an electrode (anode, fuel electrode) having a catalyst layer disposed on one side of the electrolyte membrane, and an electrode having a catalyst layer disposed on the other side of the electrolyte membrane. (cathode, air electrode). The separator has a fuel gas channel for supplying fuel gas (hydrogen) to the anode, and the cathode has an oxidizing gas channel for supplying oxidizing gas (oxygen, usually air). . A membrane-electrode assembly and a separator are laminated to form a cell, at least one cell forms a module, the modules are laminated to form a cell laminate, and a fastening member extending in the cell lamination direction outside the cell laminate (for example, tension plate), and fixed with bolts and nuts to form the stack 100 .

図7は、燃料電池のガス系(燃料ガス、酸化ガス、ガス供給系、ガス排出系、ガス循環系を含む)の概略を示す。
燃料ガスは、燃料ガス源101(たとえば、高圧水素タンク)から入側の燃料ガス配管102を通してスタック100に供給され、一部が消費されて出側の燃料ガス配管103に流れ、大部分が燃料ガス循環配管104、循環ポンプ105を介して入側の燃料ガス配管102に循環され、残りは、出側の燃料ガス配管103から大気に排出される。
酸化ガスは、コンプレッサ106により大気から取り入れられ、エアクリーナ107等が設けられた、入側の酸化ガス配管109を通してスタック100に供給され、一部が消費されて出側の酸化ガス配管110に流れ、大気に排出される。なお、入側の酸化ガス配管109には、図8に示すように、加湿器108が設けられていてもよい。
FIG. 7 schematically shows the gas system of the fuel cell (including fuel gas, oxidizing gas, gas supply system, gas discharge system, and gas circulation system).
Fuel gas is supplied from a fuel gas source 101 (for example, a high-pressure hydrogen tank) to the stack 100 through an inlet-side fuel gas pipe 102, is partially consumed and flows to an outlet-side fuel gas pipe 103, and is mostly fuel gas. The gas is circulated to the fuel gas pipe 102 on the inlet side via the gas circulation pipe 104 and the circulation pump 105, and the remainder is discharged to the atmosphere from the fuel gas pipe 103 on the outlet side.
Oxidant gas is taken in from the atmosphere by a compressor 106, supplied to the stack 100 through an inlet-side oxidant gas pipe 109 provided with an air cleaner 107 or the like, and partly consumed and flowed to an outlet-side oxidant gas pipe 110, Emitted to the atmosphere. As shown in FIG. 8, a humidifier 108 may be provided in the oxidizing gas pipe 109 on the inlet side.

出側の燃料ガス配管103は燃料ガスのオフガス系を構成し、出側の酸化ガス配管110は酸化ガスのオフガス系を構成する。
出側の燃料ガス配管103には燃料ガス側の、出側の酸化ガス配管110には酸化ガス側の、気液分離器10が設けられており、それぞれ、燃料オフガス中の液体(水分等)が燃料オフガスから分離され、酸化オフガス中の液体(水分等)が酸化オフガスから分離される。
The fuel gas pipe 103 on the delivery side constitutes an off-gas system for the fuel gas, and the oxidizing gas pipe 110 on the delivery side constitutes an off-gas system for the oxidizing gas.
Gas-liquid separators 10 are provided on the fuel gas side for the fuel gas pipe 103 on the delivery side and on the oxidant gas side for the oxidant gas pipe 110 on the delivery side. is separated from the fuel off-gas, and liquids (moisture, etc.) in the oxidant off-gas are separated from the oxidant off-gas.

気液分離器10は、図1に示すように、オフガス(燃料オフガスであってもよく、酸化オフガスであってもよい)から液体を分離する分離部12と、分離部12にオフガスを導入するオフガス導入部14と、分離部12によって液体が分離されたオフガスを分離部12から気液分離器10の外部に排出するガス排出部16と、分離部12より下方に設けられており分離部12によって分離された液体が流れ込むとともに気液分離器10の外部に排出される排液部18と、を有する。 The gas-liquid separator 10, as shown in FIG. An off-gas introduction part 14, a gas discharge part 16 for discharging the off-gas whose liquid has been separated by the separation part 12 from the separation part 12 to the outside of the gas-liquid separator 10, and a separation part 12 provided below the separation part 12 and a draining part 18 into which the liquid separated by the flow is discharged to the outside of the gas-liquid separator 10 .

分離部12は、気液分離器10の上側部分に設けられており、オフガス導入部14から気液分離器10に導入されるオフガスから液体を分離する。分離部12による液体の分離方式は、たとえば慣性衝突式である。そのため、分離部12は、オフガス導入部14の対向位置に設けられオフガス導入部16から導入されたオフガスが直接衝突する衝突部12aを有する。オフガス導入部16から導入されたオフガスは、衝突部12aに衝突する。これにより、オフガス中の液体(水分等)が衝突部12aに付着し、オフガスから液体(水分等)が分離される。 The separation section 12 is provided in the upper portion of the gas-liquid separator 10 and separates the liquid from the off-gas introduced into the gas-liquid separator 10 from the off-gas introduction section 14 . A method of separating the liquid by the separation unit 12 is, for example, an inertial collision method. Therefore, the separation section 12 has a collision section 12a which is provided at a position opposite to the offgas introduction section 14 and with which the offgas introduced from the offgas introduction section 16 directly collides. The off-gas introduced from the off-gas introduction portion 16 collides with the collision portion 12a. As a result, the liquid (moisture, etc.) in the offgas adheres to the collision part 12a, and the liquid (moisture, etc.) is separated from the offgas.

衝突部12aは、1個のみ設けられている。衝突部12aは、気液分離器10の上端部(その近傍を含む)に設けられており、ガス排出部16より上方の位置に設けられる。衝突部12aは、ガス排出部16を流れるガス流れ方向から見たとき(図1のA視)、ガス排出部16の真上にある。ガス排出部16と衝突部12aとの上下方向間には、少なくとも1段の段差部20が設けられている。ただし、段差部20は設けられていなくてもよい。ガス排出部16と衝突部12aとは、段差部20が設けられている場合には該段差部20を介して、気液分離器10の同じ側の側面10aに設けられる。 Only one collision portion 12a is provided. The collision part 12 a is provided at the upper end (including its vicinity) of the gas-liquid separator 10 and is provided at a position above the gas discharge part 16 . The collision part 12a is located directly above the gas discharge part 16 when viewed from the gas flow direction of the gas discharge part 16 (view A in FIG. 1). At least one step portion 20 is provided between the gas discharge portion 16 and the collision portion 12a in the vertical direction. However, the stepped portion 20 may not be provided. The gas discharge part 16 and the collision part 12a are provided on the same side surface 10a of the gas-liquid separator 10 via the stepped part 20 when the stepped part 20 is provided.

オフガス導入部14は、管状であり、1個のみ設けられている。オフガス導入部14は、気液分離器10の上端部(その近傍を含む)に設けられている。オフガス導入部14は、気液分離器10の、衝突部12a及びガス排出部16が設けられる側の側面10aと反対側(対向する側)の側面10bに設けられる。 The offgas introduction part 14 is tubular, and only one is provided. The offgas introduction part 14 is provided at the upper end of the gas-liquid separator 10 (including its vicinity). The off-gas introduction part 14 is provided on a side surface 10b of the gas-liquid separator 10 opposite (to face) the side surface 10a on which the collision part 12a and the gas discharge part 16 are provided.

ガス排出部16は、管状であり、1個のみ設けられている。ガス排出部16は、分離部12の下端部(その近傍を含む)に設けられている。 The gas discharge part 16 is tubular, and only one is provided. The gas discharge part 16 is provided at the lower end of the separation part 12 (including its vicinity).

排液部18は、分離部12より下方に設けられている。排液部18と分離部12との間には、一部に上下方向の孔42aが開いた仕切り板42が設けられている。仕切り板42が設けられているため、分離部12で分離され分離部12から排液部18に流れ込んだ液体が、再度分離部12に戻ってしまうことが抑制される。排液部18の底面18aには、液体が底面18aの一箇所(たとえば、中央)に集まるように、傾斜が設定されている。排液部18は、弁18bを有しており、弁18bの閉時には分離部12によって分離された液体が排液部18に貯留され、弁18bの開時には該液体が排液部18から気液分離器10の外部に排出される。弁18bは、排液部18の底面18aに設けられていてもよく、排液部18が底面18aに接続される排液管18cを有する場合には該排液管18cに設けられていてもよい。 The drainage section 18 is provided below the separation section 12 . A partition plate 42 having a vertical hole 42a is provided between the liquid drain section 18 and the separation section 12 . Since the partition plate 42 is provided, the liquid separated by the separation section 12 and flowed from the separation section 12 to the drainage section 18 is prevented from returning to the separation section 12 again. The bottom surface 18a of the liquid draining part 18 is inclined so that the liquid collects at one point (for example, the center) of the bottom surface 18a. The liquid drain section 18 has a valve 18b. When the valve 18b is closed, the liquid separated by the separation section 12 is stored in the liquid drain section 18. When the valve 18b is open, the liquid is discharged from the liquid drain section 18. It is discharged outside the liquid separator 10 . The valve 18b may be provided on the bottom surface 18a of the drainage part 18, or if the drainage part 18 has a drainage pipe 18c connected to the bottom surface 18a, the valve 18b may be provided on the drainage pipe 18c. good.

気液分離器10には、衝突部12aより下方でガス排出部16より上方の位置に、衝突部12によって分離された液体が自重で下方に流れてガス排出部16に最短距離を通って流入することを抑制する傘部(庇といってもよい)24が設けられている。傘部24は、後述するガス排出部上方部12bに設けられている。 In the gas-liquid separator 10, the liquid separated by the collision part 12 flows downward by its own weight at a position below the collision part 12a and above the gas discharge part 16, and flows into the gas discharge part 16 through the shortest distance. A canopy (may also be referred to as a canopy) 24 is provided to suppress the movement. The umbrella portion 24 is provided in a later-described gas discharge portion upper portion 12b.

傘部24は、気液分離器10の側面のうち、衝突部12a及びガス排出部16が設けられる側の側面10a(分離部12の内面)から、分離部12内に、オフガス導入部14が設けられる側の側面10bに向って略水平方向に突出して設けられている。傘部24の突出方向先端は、オフガス導入部14が設けられる側面10bに達しておらず、側面10bから離れた位置にある。傘部24は、たとえば平板状である。ただし、傘部24の剛性および強度を確保するために、一部に凹部が形成されていてもよく、リブ等が設けられていてもよい。 The head portion 24 is configured such that the off-gas introduction portion 14 extends into the separation portion 12 from the side surface 10a (the inner surface of the separation portion 12) on which the collision portion 12a and the gas discharge portion 16 are provided among the side surfaces of the gas-liquid separator 10. It is provided so as to protrude in a substantially horizontal direction toward the side surface 10b on the side where it is provided. The protruding end of the head portion 24 does not reach the side surface 10b on which the off-gas introducing portion 14 is provided, and is located away from the side surface 10b. Umbrella portion 24 has, for example, a flat plate shape. However, in order to secure the rigidity and strength of the head portion 24, a concave portion may be formed in a part thereof, or a rib or the like may be provided.

傘部24は、図1のA視で、図5に示すように、ガス排出部16の真上にあり衝突部12aの真下にある。また、図1のA視における傘部24の幅(A視における左右方向長さ)は、ガス排出部16の径(入口における径)より大とされている。 The umbrella portion 24 is located directly above the gas discharge portion 16 and directly below the collision portion 12a as shown in FIG. 5 in view A of FIG. Further, the width of the head portion 24 in view A of FIG. 1 (length in the horizontal direction in view A) is larger than the diameter of the gas discharge portion 16 (diameter at the inlet).

気液分離器10には、分離部12の内面の側面部分に、上下方向に延びる溝26が複数形成されている。溝26は、分離部12の内面のうち、ガス排出部16の上方にある部分(以下、ガス排出部上方部という)12bを除いた側面部分の少なくとも一部に、形成されている。溝26は、分離部12の内面の側面部分の、ガス排出部上方部12bを除く全体に設けられていてもよい。溝26が設けられているため、分離部12で分離されて分離部12の側面に付着した液体は、自重で溝26に沿って下方に排液部18に流れる。 In the gas-liquid separator 10 , a plurality of grooves 26 extending in the vertical direction are formed in the inner side portion of the separating portion 12 . The groove 26 is formed in at least a portion of the inner surface of the separating portion 12, excluding a portion 12b located above the gas discharge portion 16 (hereinafter referred to as a gas discharge portion upper portion) 12b. The grooves 26 may be provided in the entire side surface portion of the inner surface of the separation portion 12 excluding the gas discharge portion upper portion 12b. Since the groove 26 is provided, the liquid separated by the separation section 12 and adhered to the side surface of the separation section 12 flows downward along the groove 26 to the drainage section 18 by its own weight.

各溝26のサイズは、特に限定されるものではないが、たとえば、図6に示すように、幅0.5mm、深さ1mmである。このサイズよりも小型化すると、溝26を成形するための成形金型の強度確保(製造要件確保)が困難になってしまう。また、このサイズよりも大型化すると、溝26の本数が減ってしまい、溝26による液体ガイド効果が低減してしまう。 Although the size of each groove 26 is not particularly limited, it is, for example, 0.5 mm wide and 1 mm deep as shown in FIG. If the size is reduced below this size, it becomes difficult to secure the strength of the molding die for molding the groove 26 (ensure manufacturing requirements). Further, if the size is increased beyond this size, the number of grooves 26 is reduced, and the liquid guide effect of the grooves 26 is reduced.

図5に示すように、複数の溝26のうち、ガス排出部16に最も近い位置に設けられる第1溝26aと、第1溝26aの隣に設けられる第2溝26bとの間隔は、その他の隣り合う2つの溝26同士の間隔よりも小とされている。特に限定されるものではないが、第1溝26aと第2溝26bとの間隔は、たとえば4.5mmであり、その他の溝26同士の間隔は、たとえば6.5mmである。 As shown in FIG. 5, among the plurality of grooves 26, the distance between the first groove 26a provided closest to the gas discharge portion 16 and the second groove 26b provided next to the first groove 26a is is smaller than the interval between two grooves 26 adjacent to each other. Although not particularly limited, the interval between the first groove 26a and the second groove 26b is, for example, 4.5 mm, and the interval between the other grooves 26 is, for example, 6.5 mm.

ガス導入部14から気液分離器10内に導入されたオフガスは、ガス導入部14から分離部12に導入され、分離部12の衝突部12aに衝突する。このため、オフガス中の液体が衝突部12aに付着し、オフガスから液体が分離される。
液体が分離されたオフガスは、分離部12内を流れてガス排出部16に流入し、ガス排出部16を通って気液分離器10の外部に排出される。
The off-gas introduced into the gas-liquid separator 10 from the gas introduction part 14 is introduced from the gas introduction part 14 into the separation part 12 and collides with the collision part 12 a of the separation part 12 . Therefore, the liquid in the offgas adheres to the collision part 12a, and the liquid is separated from the offgas.
The off-gas from which the liquid has been separated flows through the separation section 12 and into the gas discharge section 16 , and is discharged to the outside of the gas-liquid separator 10 through the gas discharge section 16 .

オフガスから分離された液体は、ガス排出部上方部12bを除く部分にあっては、溝26に沿って自重で下方に流れ、仕切り板42の孔42aを通って排液部18に流れる。一方、オフガスから分離された液体であってガス排出部上方部12bを下方に自重で流れる液体は、図5の矢印にて示すように、傘部24に当たり傘部24の上面に沿って傘部24の両側に流れて傘部24の両外側から下方に流れる。そのため、ガス排出部上方部12bを下方に流れる液体は、傘部24によりガス排出部16を避けて下方に流れ、仕切り板42の孔42aを通って排液部18に流れる。 The liquid separated from the off-gas flows downward under its own weight along the grooves 26 except for the upper part 12b of the gas discharge part, and flows to the liquid discharge part 18 through the holes 42a of the partition plate 42. On the other hand, the liquid separated from the off-gas and flowing downward under its own weight in the upper portion 12b of the gas discharge portion hits the umbrella portion 24 and flows along the upper surface of the umbrella portion 24 as indicated by the arrow in FIG. 24 and flows downward from both outer sides of the umbrella portion 24 . Therefore, the liquid flowing downward through the gas discharge portion upper portion 12 b flows downward avoiding the gas discharge portion 16 by the umbrella portion 24 , passes through the hole 42 a of the partition plate 42 , and flows to the liquid discharge portion 18 .

なお、ガス排出部上方部12bにおいても、傘部24の上方および/または下方に下方かつガス排出部16の外側に傾斜するたとえば逆V字状の補助溝28が設けられていてもよい。補助溝28が設けられることで、ガス排出部上方部12bを流れる液体をガス排出部16の両側に向けて流すことができ、分離部12で分離された液体のガス排出部16への流入をさらに抑制できる。 Also in the gas discharge portion upper portion 12 b , for example, an inverted V-shaped auxiliary groove 28 may be provided that slopes downward and outward from the gas discharge portion 16 above and/or below the umbrella portion 24 . By providing the auxiliary groove 28, the liquid flowing in the upper part 12b of the gas discharge part can flow toward both sides of the gas discharge part 16, and the liquid separated by the separation part 12 can be prevented from flowing into the gas discharge part 16. can be suppressed further.

排液部18に流れた液体は、弁18bの閉時には排液部18に貯留され、弁18bの開時には排液部18から気液分離器10の外部に排出される。 The liquid that has flowed to the drain portion 18 is stored in the drain portion 18 when the valve 18b is closed, and is discharged from the drain portion 18 to the outside of the gas-liquid separator 10 when the valve 18b is open.

上述した気液分離器10は、樹脂製であり、図2に示すように、アッパ部材40、ロア部材41、仕切り板42およびストレーナ43の4部品構造となっている。ただし、アッパ部材40、ロア部材41、仕切り板42、ストレーナ43の少なくともいずれか1つが複数部品からなることで、5部品以上の部品構造となっていてもよい。 The gas-liquid separator 10 described above is made of resin, and has a four-part structure consisting of an upper member 40, a lower member 41, a partition plate 42 and a strainer 43, as shown in FIG. However, at least one of the upper member 40, the lower member 41, the partition plate 42, and the strainer 43 may be made up of a plurality of parts, thereby forming a part structure of five or more parts.

図3に示すように、アッパ部材40に、分離部12、オフガス導入部14、ガス排出部16が設けられている。また、アッパ部材40の内壁面に溝26と補助溝28が設けられている。図2に示すように、ロア部材41は、アッパ部材40の下方に配置されてアッパ部材40と溶着等で固定される。ロア部材41には、排液部18が設けられている。仕切り板42は、アッパ部材40とロア部材41とで挟持されており、分離部12と排液部18を仕切る。ストレーナ43には傘部24が設けられている。ストレーナ43は、傘部24に加えて、傘部24を支持する枠部43aを有しており、枠部43aにてアッパ部材40に設けられる座部40a(図5参照)に固定して取付けられている。 As shown in FIG. 3 , the upper member 40 is provided with the separation section 12 , the off-gas introduction section 14 and the gas discharge section 16 . A groove 26 and an auxiliary groove 28 are provided on the inner wall surface of the upper member 40 . As shown in FIG. 2, the lower member 41 is arranged below the upper member 40 and fixed to the upper member 40 by welding or the like. The lower member 41 is provided with a drainage portion 18 . The partition plate 42 is sandwiched between the upper member 40 and the lower member 41 to separate the separation section 12 and the drainage section 18 . The strainer 43 is provided with an umbrella portion 24 . The strainer 43 has a frame portion 43a for supporting the umbrella portion 24 in addition to the umbrella portion 24. The strainer 43 is fixed and attached to the seat portion 40a (see FIG. 5) provided on the upper member 40 by the frame portion 43a. It is

つぎに、本発明実施例の作用、効果を説明する。
図5に示すように、傘部24が設けられているため、分離部12の衝突部12aで分離された液体が自重で下方に流れて(最短距離を通って)ガス排出部16に流入することを抑制できる。そのため、傘部24が設けられていない場合に比べて、分離部12で分離された液体がガス排出部16に流れ込んでしまうことを抑制でき、気液分離器10による気液分離性能を高めることができる。
Next, the operation and effect of the embodiment of the present invention will be explained.
As shown in FIG. 5, since the umbrella portion 24 is provided, the liquid separated by the collision portion 12a of the separation portion 12 flows downward under its own weight (through the shortest distance) and flows into the gas discharge portion 16. can be suppressed. Therefore, compared to the case where the head portion 24 is not provided, the liquid separated by the separation portion 12 can be suppressed from flowing into the gas discharge portion 16, and the gas-liquid separation performance of the gas-liquid separator 10 can be improved. can be done.

傘部24が分離部12の内面から分離部12内に突出して設けられているため、簡易な構成で傘部24を設けることができ、コスト上有利である。 Since the head portion 24 protrudes into the separation portion 12 from the inner surface of the separation portion 12, the head portion 24 can be provided with a simple structure, which is advantageous in terms of cost.

気液分離器10には、分離部12の内面の側面部分に、上下方向に延びる溝26が複数形成されているため、分離部12で分離された液体は溝26に沿って流れる。そのため、溝26が設けられていない場合に比べて、分離部12の内面についている液体を効率よく排液部18に導くことができる。よって、分離部12で分離された液体がガス流れによって再飛散してガス排出部16に流れ込んでしまうことを抑制できる。 In the gas-liquid separator 10 , a plurality of vertically extending grooves 26 are formed in the side surface portion of the inner surface of the separation section 12 , so the liquid separated by the separation section 12 flows along the grooves 26 . Therefore, compared to the case where the groove 26 is not provided, the liquid adhering to the inner surface of the separation section 12 can be efficiently guided to the liquid discharge section 18 . Therefore, it is possible to prevent the liquid separated by the separation section 12 from re-scattering due to the gas flow and flowing into the gas discharge section 16 .

第1溝26aと第2溝26aとの間隔がその他の隣り合う2つの溝26同士の間隔よりも小とされているため、第1溝26aと第2溝26bとの間隔がその他の隣り合う2つの溝26同士の間隔と同じである場合に比べて、第1溝26aをガス排出部16から離して設けることができる。よって、第1溝26aに沿って流れる液体をガス排出部16から離して流すことができ、第1溝26aに沿って流れる液体がガス排出部16に流入してしまうことを抑制できる。 Since the interval between the first groove 26a and the second groove 26a is smaller than the interval between the other two adjacent grooves 26, the interval between the first groove 26a and the second groove 26b is the other adjacent interval. The first groove 26a can be provided farther from the gas discharge portion 16 than when the distance between the two grooves 26 is the same. Therefore, the liquid flowing along the first grooves 26 a can be flowed away from the gas discharge portion 16 , and the liquid flowing along the first grooves 26 a can be prevented from flowing into the gas discharge portion 16 .

10 気液分離器
12 分離部
12a 衝突部
12b ガス排出部上方部
14 オフガス導入部
16 ガス排出部
18 排液
18a 底面
18b 弁
18c 排液管
20 段差部
24 傘部
26 溝
26a 第1溝
26b 第2溝
28 補助溝
40 アッパ部材
40a 座部
41 ロア部材
42 仕切り板
42a 孔
43 ストレーナ
43a 枠部
100 スタック
101 燃料ガス源
102 入側の燃料ガス配管
103 出側の燃料ガス配管
104 燃料ガス循環配管
105 循環ポンプ
106 コンプレッサ
107 エアクリーナ
108 加湿器
109 入側の酸化ガス配管
110 出側の酸化ガス配管
10 Gas-liquid separator 12 Separation part 12a Collision part 12b Gas discharge part upper part 14 Off-gas introduction part 16 Gas discharge part 18 Drainage liquid 18a Bottom surface 18b Valve 18c Drainage pipe 20 Stepped section 24 Head section 26 Groove 26a First groove 26b 2nd groove 28 auxiliary groove 40 upper member 40a seat portion 41 lower member 42 partition plate 42a hole 43 strainer 43a frame portion 100 stack 101 fuel gas source 102 inlet side fuel gas pipe 103 outlet side fuel gas pipe 104 fuel gas circulation pipe 105 Circulation pump 106 Compressor 107 Air cleaner 108 Humidifier 109 Oxidizing gas pipe 110 on the inlet side Oxidizing gas pipe on the outlet side

Claims (1)

燃料電池のオフガスから液体を分離する気液分離器であって、
前記オフガスから液体を分離する分離部と、
前記分離部に前記オフガスを導入するオフガス導入部と、
前記分離部によって液体が分離されたオフガスを該分離部から気液分離器の外部に排出するガス排出部と、
前記分離部より下方に設けられており、前記分離部によって分離された液体が流れ込むとともに気液分離器の外部に排出される排液部と、
を有し、
前記分離部は、前記ガス排出部より上方の位置に、前記オフガス導入部の対向位置に設けられ該オフガス導入部から導入された前記オフガスが直接衝突する衝突部を有しており、
前記衝突部より下方で前記ガス排出部より上方の位置に、前記衝突部によって分離された液体が自重で下方に流れて前記ガス排出部に流入することを抑制する傘部が設けられており、
前記傘部の幅は、前記ガス排出部の径よりも大とされており、
前記排液部と前記分離部との間には、一部に上下方向の孔が開いた仕切り板が設けられている、
燃料電池用気液分離器。
A gas-liquid separator for separating a liquid from a fuel cell off-gas, comprising:
a separation unit that separates a liquid from the off-gas;
an offgas introduction section that introduces the offgas into the separation section;
a gas discharge unit for discharging the off-gas, the liquid of which is separated by the separation unit, from the separation unit to the outside of the gas-liquid separator;
a liquid drain section provided below the separation section into which the liquid separated by the separation section flows and is discharged to the outside of the gas-liquid separator;
has
The separation section has a collision section provided at a position above the gas discharge section and at a position opposite to the offgas introduction section, where the offgas introduced from the offgas introduction section directly collides,
A head portion is provided at a position below the collision portion and above the gas discharge portion to prevent the liquid separated by the collision portion from flowing downward under its own weight and flowing into the gas discharge portion,
The width of the umbrella portion is larger than the diameter of the gas discharge portion ,
A partition plate partially having a vertical hole is provided between the drainage unit and the separation unit.
Gas-liquid separator for fuel cells.
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